Termodinâmica e Dilatação térmica Flashcards
O primeiro princípio da Termodinâmica estabelece uma equivalência entre o trabalho e o calor trocados entre um sistema e seu meio exterior no que se refere à variação da energia interna do sistema. A primeira lei da Termodinâmica sugere portanto que…?
De acordo com o princípio da Conservação da Energia, a energia não pode ser criada nem destruída, mas somente transformada de uma espécie em outra.
A 2ª Lei da Termodinâmica estabelece que:
É impossível que uma máquina térmica cíclica converta integralmente calor em Trabalho.Tem-se a segunda lei da termodinâmica: em processos adiabáticos (em que não há troca de calor com ambiente externo), a entropia do sistema permanece constante ou aumenta, contudo nunca diminui.
O que é a energia interna de um sistema?
É o somatório de vários tipos de energia existentes em suas partículas.
Dê a expressão definida pela Lei de Joule:
U=3.(n.R.T)/2
U-> energia interna
T-> temperatura absoluta(KELVIN)
“O aumento da temperatura absoluta corresponde a _____________ da energia interna, e a variação de energia interna é ___________”.
Um aumento; positiva.
“Se há diminuição de temperatura, a energia interna _________, e sua variação é _________”.
Diminui; negativa.
“Quando a temperatura permanece constante, a energia interna _______________, e sua variação é ___________”.
Também se mantém constante; nula.
/\U=0
Relacionando a Lei de Joule com a Equação de Clapeyron, temos a expressão:
U= 3.(p.V)/2
p-> pressão
V-> volume
“Quando o gás se expande o gás __________ trabalho”.
Realiza.
“Quando o gás é comprimido o gás __________ trabalho”.
Recebe.
“Na expansão do gás, o trabalho é __________”.
Positivo.
Na compressão do gás, o trabalho é ___________”.
Negativo.
“Se o gás não se expande nem é comprimido, o trabalho é ___________”.
Nulo.
“O calor recebido é __________”.
Positivo.
“O calor cedido é __________”.
Negativo.
“As trocas de energia entre um sistema gasoso e o meio externo podem dar-se tanto ___________ como por ___________”.
Pela realização de trabalho; trocas de calor.
Matematicamente a 1ª Lei da Termodinâmica pode ser expressa por:
/\U= Q - W
/\U -> variação de energia interna
Q-> quantidade de calor
W-> trabalho
“Nas transformações isotérmicas, a variação de sua energia interna é __________”.
Nula.
/\U = 0
Q=W
“Nas transformações isométricas ou isocóricas, o sistema não troca ____________ com o meio externo”.
Trabalho.
/\U=Q
W=0
“Nas transformações isobáricas, a pressão se mantém constante. Quando a temperatura absoluta do sistema aumenta, seu volume _____________. A energia interna __________ e o sistema ____________”.
Aumenta; aumenta; realiza trabalho. +++
“Nas transformações isobáricas, a pressão se mantém constante. Quando a temperatura absoluta do sistema diminui, seu volume __________. A energia interna __________ e o sistema _____________”.
Diminui; diminui; recebe trabalho. —
“Nas transformações adiabáticas ______________”.
Não há troca de calor entre o sistema e o meio externo. Toda a energia recebida ou cedida pelo sistema ocorre por meio de trabalho.
/\U = -W
Q=0
“Nas transformações adiabáticas, quando o sistema recebe trabalho, a energia interna __________”.
Aumenta.
“Nas transformações adiabáticas, quando o sistema realiza trabalho, a energia interna __________”.
Diminui.
Quais são as formas de transferência de energia entre corpos?
Calor e trabalho. É possível, por exemplo, aquecer um gás realizando-se trabalho sobre ele. Além disso, numa transformação adiabática (em que não há troca de calor entre o sistema e o meio externo) de um gás, sua temperatura pode variar.
“Um gás pode receber calor do meio externo e sua temperatura permanecer constante”. Essa afirmação é:
Verdadeira. O gás pode, ao receber calor, ser expandido proporcionalmente. Dessa forma, ele não terá variação em sua temperatura. Isso ocorre, por exemplo, em uma transformação isotérmica (A quantidade de calor é igual ao trabalho). Como a variação de energia interna é igual à quantidade de calor menos trabalho, caso eles sejam iguais, a variação de energia interna será nula, e como esta está diretamente ligada à temperatura, esta permanecerá constante.
“A energia interna de dada massa de gás é função exclusiva de sua temperatura”. Essa afirmação está:
Correta.
U = 3.(n.R.T)/2
n constante
R constante
U ~ T
O sistema físico intermediário na conversão entre energia térmica e energia mecânica é um ______________”.
Gás perfeito.
“Para que o gás realize uma expansão isobárica, é necessário que o sistema ____________ certa quantidade de calor do meio”.
Receba.
“Para que o gás sofra uma expansão isotérmica, é necessário que o sistema ___________ calor do meio, o qual é convertido em trabalho”.
Receba.
“Em uma compressão adiabática do gás, o meio ____________ trabalho sobre o sistema, com consequente aumento da energia interna do gás”.
Realiza.
“Em uma compressão isobárica, o gás tem sua temperatura e sua energia interna ______________”.
Diminuídas.
“A área destacada sob a curva que representa a transformação sofrida pelo gás, indicada no diagrama pressão x volume, é igual ao módulo do ____________”.
Trabalho.
“Numa transformação aberta, quando um sistema realiza trabalho, seu volume ____________”.
Aumenta.
“Numa transformação aberta, quando um sistema recebe trabalho, seu volume ____________”.
Diminui.
“Numa transformação aberta, quando um sistema não troca trabalho com o meio externo, seu volume _____________”.
Permanece constante.
“O trabalho trocado entre o sistema e o meio externo depende não somente dos estados inicial e final, mas também dos ______________”.
Estados intermediários.
“Um sistema gasoso sofre uma transformação ____________ quando o estado final dessa transformação coincide com o estado inicial”.
Cíclica ou fechada.
“O módulo do trabalho total trocado com o meio externo é determinado pela ___________ à curva fechada representativa do ciclo”.
Área interna.
“O ciclo no sentido horário indica que o sistema ____________ trabalho”.
Realiza. W > 0
“O ciclo no sentido anti-horário indica que o sistema ____________ trabalho”.
Recebe. W < 0
“Quanto mais afastada dos eixos se encontra uma isoterma, ___________ é a temperatura associada a ela”.
Maior.
“A variação da energia interna no ciclo é __________”.
Nula.
“Em um aquecimento isométrico, todo o calor recebido pelo sistema é integralmente utilizado para ______________”.
Aumento de sua energia interna.
Qv = /\Uv
“O aquecimento isobárico é acompanhado de ___________”. Dessa forma, o sistema recebe calor, usa parte dessa energia para realizar trabalho e, com o restante, produz aumento em sua energia interna.
Uma realização de trabalho.
Qp = Wp + /\Up
“Se o aquecimento sofrido pela massa de gás perfeito foi o mesmo a volume e a pressão constantes (/\Uv = /\Up), concluímos que sob pressão constante esse sistema recebeu _________ calor, pois parte dessa energia foi utilizada para a realização de trabalho, o que não ocorre quando o aquecimento é feito a volume constante”.
Mais.
Qp > Qv
Wp = Qp - Qv
“Para o aquecimento (/\Uv = /\Up), precisamos fornecer mais calor ao gás quando a transformação é feita a ___________ constante do que quando é feita a ___________ constante”.
Pressão; volume.
“Um mesmo gás tem um calor específico para transformações a pressão constante (cp) e outro para transformações a volume constante (cv). Isso porque cada unidade de massa desse gás tem que receber _______ calor a pressão constante do que a volume constante para que sua temperatura seja elevada em uma unidade”.
Mais.
cp > cv
Cite a Relação de Mayer:
R/M = cp - cv Ou R = Cp - Cv
Sendo,
Cp = cp.M
Cp-> calor específico molar do gás a pressão constante
Cv-> calor específico molar do gás a volume constante
M -> massa molar do gás
R -> constante universal dos gases perfeitos
cp-> calor específico do gás a pressão constante
cv-> calor específico do gás a volume constante
“Para um gás perfeito, a diferença entre os calores específicos molares a pressão constante e volume constante é igual à constante universal dos gases perfeitos”. Esse enunciado foi deduzido pela:
Relação de Mayer.
R = Cp - Cv
“A curva representativa da função adiabática, num diagrama pressão x volume, é semelhante a uma hipérbole, porém ___________ em relação às isotermas, interceptando-as”.
Mais inclinadas.
“_____________ são os dispositivos usados para converter energia térmica em energia mecânica”.
Máquinas térmicas.
“O trabalho realizado pela máquina térmica é igual à diferença entre os módulos do ______________ e do ________________”.
Calor recebido da fonte quente; calor rejeitado para a fonte fria.
W = |Qa| - |Qb|
Qa-> quantidade de calor vinda da fonte quente
Qb -> quantidade de calor rejeitado para a fonte fria.
O rendimento de uma máquina térmica é definido pela fração do calor recebido da fonte quente que é usada para a realização de trabalho:
n= W / |Qa| = 1 - |Qb|/ |Qa|
“O rendimento de uma máquina térmica é função ___________”.
Das temperaturas das fontes fria e quente. Independente do fluido operante.
“O ciclo de Carnot é composto de __________ e __________, intercaladas”.
Duas isotérmicas; duas adiabáticas.
No ciclo de Carnot, os calores trocados (Qa e Qb) e as temperaturas absolutas (Ta e Tb) das fontes quente e fria são proporcionais, valendo a relação:
|Qa| / |Qb| = Ta/Tb
“O ___________ seria a temperatura da fonte fria de uma máquina ideal de Carnot, que operasse com rendimento de 100%”. Entretanto isso, na prática, é impossível.
Zero absoluto.
“A transformação reversível é aquela que, após seu término, o sistema pode retornar a suas condições iniciais pelo mesmo caminho, isto é, passando pelos mesmos estados intermediários, na seqüência inversa daquela ocorrida na transformação inicial, sem transferência externa”. Como a maioria dos processos naturais são irreversíveis, o que se pode afirmar a cerca da entropia do Universo?
Como a entropia é uma medida da desordem e os sistemas físicos tendem para estados cada vez desordenados, em processos naturais, a entropia do Universo vem aumentando ao longo do tempo.
A variação de entropia (/\S) de um sistema, quando se agrega uma quantidade de calor (Q), mediante um processo reversível (à temperatura absoluta constante T), é dada por:
/\S = Q/T
“Se um sistema recebe calor Q>0, sua entropia __________”.
Aumenta.
/\S>0
“Se um sistema libera calor Q.
Diminui.
/\S<0
“Se um sistema não troca calor com o meio externo (transformação adiabática), Q=0, a entropia do sistema _____________”.
Não varia.
/\S=0
“Ao aquecermos um corpo, aumentamos a energia de agitação de suas moléculas e, consequentemente, sua temperatura. Isso, em geral, provoca um __________ nas dimensões do corpo, fenômeno denominado ______________. Uma diminuição de temperatura produz, em geral, uma __________ nas dimensões do corpo, uma ______________”.
Aumento; dilatação térmica; diminuição; contração térmica.
A variação total de comprimento sofrida por um fio é dada pela relação:
/\L = Lo.a./\T
/\L-> variação de comprimento
Lo-> comprimento inicial
a-> coeficiente de dilatação linear
/\T-> variação de temperatura.
Qual a unidade do coeficiente de dilatação linear?
É o inverso da unidade de temperatura, como 1/°C, 1/°F e 1/K.
“O coeficiente de dilatação linear médio é uma característica da substância e indica sua __________________, quando sofre a variação de uma unidade na temperatura”.
Dilatação média por unidade de comprimento.
“Um material é considerado isótropo em relação à dilatação térmica quando seu coeficiente de dilatação linear é __________ em diferentes direções. O vidro, por exemplo, é isótropo. Assim, se um cubo de vidro for aquecido de modo que em todos os seus pontos ocorra a mesma variação de temperatura, ele se dilatará ___________ sua forma cúbica”.
O mesmo; mantendo.
“Duas barras A e B de coeficientes de dilatação linear aa e ab e comprimentos La e Lb, são emendadas de modo que constitua uma única barra de comprimento (La + Lb)”. Qual é o coeficiente de dilatação linear dessa nova barra?
O coeficiente de dilatação linear dessa nova barra é a média ponderada dos coeficientes de dilatação linear das barras A e B, sendo os “pesos” os respectivos comprimentos iniciais.
a -> (La.aa + Lb.ab)/ La + Lb
a-> coeficiente de dilatação linear da nova barra La-> comprimento inicial da barra A Lb-> comprimento inicial da barra B aa-> coeficiente linear da barra A ab-> coeficiente linear da barra B
A relação capaz de determinar a variação da área de um sólido que sofre dilatação ou contração térmica é:
/\A = Ao.B./\T
/\A-> variação da área
Ao-> área inicial
B-> coeficiente de dilatação superficial do material
/\T-> variação de temperatura.
A relação capaz de determinar a variação do volume de sólidos e líquidos que sofram dilatação ou contração térmica é:
/\V = Vo.Y./\T
/\V-> variação de volume
Vo-> volume inicial
Y-> coeficiente de dilatação volumétrica ou cúbica do material
/\T-> variação de temperatura.
A relação entre os coeficientes de dilatação linear, superficial e volumétrico é:
B=2a
Y=3a
a=B/2=Y/3
“Se o sólido em questão possuir uma cavidade, com o aquecimento ela _______________________. Portanto, o volume interno de um frasco de vidro pode variar, no aquecimento ou no resfriamento, como se fosse _____________________. O mesmo ocorre com uma placa que tenha um orifício, que se dilatará ou se contrairá ________________, no aquecimento e no resfriamento, como se estivesse _____________________”.
Se dilatará, como se estivesse preenchida pela substância de que é constituído o sólido, um bloco maciço de vidro; junto da placa; preenchido do mesmo material da placa.
Explique o que ocorreu no Experimento de Gravezande:
Trata-se do experimento no qual se utilizou uma esfera metálica maciça e um anel metálico de diâmetro um pouco maior que o da esfera e um bico de Bunsen. Antes de ser aquecida, a esfera passa folgadamente pelo anel, já que seu diâmetro é menor que o diâmetro interno do anel. Com o aquecimento, a esfera dilata-se e seu diâmetro aumenta, o que a impede de passar pelo anel.
“Se uma porção de chá muito quente é colocada no interior de um copo de vidro comum, ele pode trincar”. Explique o exposto:
Isso ocorre porque a parte interna do copo é aquecida e se dilata. Como o vidro é um péssimo condutor de calor, a face externa do copo demora para ser aquecida. É essa diferença de dilatação entre as partes interna e externa que provoca o trincamento do vidro.
“Líquidos muito gelados e comida muito quente podem provocar sérios danos aos dentes”. Explique o exposto:
Isso ocorre devido à dilatação ou contração do material usado nas obturações. As obturações metálicas se expandem e se contraem mais do que os dentes. Isso pode provocar fraturas ou infiltrações, quando são ingeridos líquidos muito gelados ou comidas muito quentes.
“__________, em verdade, ocorre nas três dimensões: largura, comprimento e altura”.
Toda dilatação.
“Quando um corpo que contém um orifício dilata, as dimensões do orifício ____________”.
Dilatam também.
“Os coeficientes de dilatação linear, superficial e volumétrica, em corpos homogêneos e isótropos, guardam, nesta ordem, a proporção de ______________”.
1 para 2 para 3.
“A variação das dimensões de um corpo depende de ____________, do _______________ e da _______________”.
Suas dimensões iniciais; coeficiente de dilatação; variação de temperatura sofrida.
“Se observam dois tipos de dilatação para os líquidos: uma _______________ e outra __________________”.
Real (que não depende do frasco); aparente (afetada pela dilatação do frasco).
“Os coeficientes de dilatação real dos líquidos são, em geral, ____________ que os dos sólidos”.
Maiores.
“Consideremos um frasco totalmente cheio com um líquido. Ao aquecermos o conjunto, notamos que ocorre um extravasamento parcial do líquido. Após o aquecimento o recipiente continua cheio. A quantidade de líquido extravasado representa a __________________, pois o recipiente também se dilatou, aumentando sua capacidade”.
Aparente dilatação do líquido.
A dilatação real do líquido corresponde à variação da capacidade do frasco mais o volume do líquido extravasado:
/\Vr=/\Vf + /\Va
O coeficiente de dilatação real do líquido é igual à soma do seu coeficiente de dilatação aparente com o coeficiente de dilatação do frasco que o contém:
Yr=Yf+Ya
“A dilatação real depende ________________, enquanto que a dilatação aparente depende ______________. um mesmo líquido apresenta dilatações aparentes diferentes quando medidas em dois frascos de materiais diferentes, pois o frasco que se dilata menos provoca maior extravasamento e maior dilatação aparente”.
Somente do líquido; também do frasco em que foi medida.
“Com a variação de temperatura, a massa da substância considerada ____________, porém seu volume ___________, o que provoca alteração em sua massa específica ou densidade absoluta”.
Permanece inalterada; varia.
A expressão capaz de demonstrar a diminuição da massa específica com o aumento da temperatura é:
d=do/(1 + Y./\T)
d-> densidade absoluta final
do-> densidade absoluta inicial
Y-> coeficiente de dilatação volumétrica
/\T-> variação de temperatura.
“A massa específica de um líquido ____________ com o aumento da temperatura”.
Diminui.
“Em geral, um líquido, quando aquecido, sempre se dilata, aumentando de volume. No entanto, a água constitui um exceção a essa regra, pois, ao ser aquecida de _______ a _______, tem seu volume diminuído”.
0°C;4°C.
“A 4°C o volume da água é _________ e, portanto, sua massa específica é ____________”.
Mínimo; máxima.
“A dilatação anômala da água explica por que um lago congela apenas na superfície. Durante o resfriamento da água da superfície, até 4°C a densidade aumenta, e essa água desce, produzindo a subida da água mais quente do fundo (convecção). Isso ocorre até que toda a água do lago atinja 4°C, pois a partir daí, quando a temperatura da água da superfície diminui, seu volume __________, ____________ a densidade. Em consequência, essa água mais fria não desce mais e acaba se solidificando. Esse gelo formado na superfície isola o restante da água, fazendo que a temperatura no fundo do lago conserve-se acima de 0°C
Aumenta; diminuindo.
